清水河縣大梁山白云巖礦地質特征及開發利用

趙佳佳

（中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，內蒙古 呼和浩特 010010）

清水河縣大梁山白云巖礦地質特征及開發利用

趙佳佳

（中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，內蒙古 呼和浩特 010010）

本文論述了大梁山白云巖礦床地質特征、礦石質量、礦石類型等。該地區白云巖礦已達到冶鎂用白云巖的工業要求。同時該區資源儲量豐富，礦區構造簡單，礦體形態為近水平產出的層狀礦體，傾角一般1～ 5°，開采技術條件簡單，適合露天大規模開采，易于開發利用。

白云巖；地質特征；礦石質量；開發利用

白云巖廣泛用于建材、鋼鐵、陶瓷、橡膠、造紙、塑料等工業。另外在農業、環保、節能、藥用及保健等領域也得到了應用[1]。近年來隨著國民經濟的迅速發展，對優質白云巖的需求增加，因此，加快白云巖資源的勘查，提供新的資源基地，顯得特別重要和緊迫。

1 區域地質背景

內蒙古清水河縣大梁山白云巖礦區位于華北地臺(Ⅰ)、山西臺隆(Ⅱ)、清水河隆起(Ⅲ)的中部。區域內古生代地層區劃屬華北地層大區、晉冀魯豫地層區、東勝地層小區；中、新生代地層區劃屬山西地層區、涼城地層分區。主要出露地層由老至新有：古生界寒武系，中下奧陶統，上石炭統，上、下二疊統，新生界新近系上新統，第四系上更新統、全新統。

區域內表現為地臺型構造特征，太古代以后構造運動以升降運動為主，褶皺極其微弱，地層近水平產出，略向南至南西緩傾，傾角一般≤5°，斷裂較為發育，按其走向劃分，以北東向和北西向斷裂為主，近東西向、北北西向及北北東向斷裂較少。

區域內巖漿巖不發育，未見巖漿巖侵入體。

2 礦床地質特征

2.1 地層

礦區內出露地層有上寒武統炒米店組(∈3c)，上寒武統—下奧陶統三山子組(∈3O1s)，第四系上更新統(Q3)和全新統(Q4)(見右圖)。由老至新分述如下。

(1) 上寒武統炒米店組(∈3c)。

出露分布于礦區北部的各沖溝底部，產狀近水平，總體東部略有抬升，西南低，呈舒緩波狀。傾角一般在1～3°。礦區出露厚度不全。巖性主要為紫紅色竹葉狀灰巖，其次為青灰色中厚層條帶狀灰巖、泥晶灰巖和微晶灰巖。

圖1 礦區地質簡圖

(2) 上寒武統—下奧陶統三山子組(∈3O1s)。

出露分布于礦區南部山坡及山脊地帶，受風化剝蝕作用影響保存厚度不等，工程揭露厚度36.20～181.31m，平均厚度114.65m。產狀近于水平，傾角1～5°，傾向北西、南西及南東皆有，總體來看，不論是東西方向還是南北方向，均呈舒緩波狀。巖性主要為結晶白云巖、灰質白云巖，含少量微晶灰巖透鏡體及灰褐—灰綠色頁巖透鏡體。該組地層與下伏上寒武統炒米店組(∈3c)整合接觸。

(3) 第四系上更新統(Q3)。

廣泛分布于礦區的山梁頂部及沖溝的陰坡地帶，巖性為黃土夾少量鈣質結核。顏色為土黃—淺黃色，由粘土礦物和碎屑組成，碎屑成分主要為石英，其次為不透明礦物和綠簾石，含少量的長石、黑云母、白云母碎屑及巖屑。碎屑磨圓度較好，粒度0.05～0.1mm。該層黃土受沉積時古地形限制及沉積后的剝蝕，厚度不等，保留最大厚度36.08m。柱狀節理發育，不整合于下伏各地層之上。

(4) 第四系全新統沖洪積層(Q4)。

主要分布于礦區北部溝谷底部，由細砂、礫石及石灰巖、白云巖碎石組成，厚度小于2m。不整合于下伏各地層之上。

2.2 構造

礦區構造簡單，未發現明顯的褶皺構造和斷裂構造，地(礦)層近水平產出?？傮w來看，地層東部高，西南低。不論是從東到西，還是由北至南，地(礦)層均顯示呈舒緩波狀，因而地(礦)層傾向南西、北西、北東及南東皆有，總體傾角＜5°，起伏幅度一般都不大。

2.3 巖漿巖

礦區內未見巖漿巖侵入體。

2.4 礦床特征

本礦床屬淺海相內源沉積礦床。白云巖礦體賦存于上寒武統—下奧陶統三山子組(∈3O1s)地層中，分上下兩個礦層，上部為KC2礦層，下部為KC1礦層。礦區內除了北部邊緣、東部邊緣及沖溝中被風化剝蝕外，其余地帶均有礦體分布。受沖溝的切割沖刷，各礦體平面形態呈不規則狀。礦層分述如下：

(1) KC1礦層。

KC1礦層位于上寒武統—下奧陶統三山子組(∈3O1s)下部，巖性為結晶白云巖，含少量灰質白云巖和結晶灰巖透鏡體。工程控制礦體南北分布最大3 200m，東西分布最大4 870m，受溝谷切割，有不同程度的被沖刷剝蝕，工程控制礦體厚度，52.99～4.00m，平均35.93m，厚度變化系數32.09%，屬厚度變化較小的礦層。

KC1礦層頂板主要為上寒武統—下奧陶統三山子組地層中不符合工業指標要求的結晶白云巖，少量灰質白云巖、白云質灰巖及泥質頁巖。鉆孔巖芯觀察，白云巖、灰質白云巖和白云質灰巖與礦體界線不明顯，呈漸變過渡關系，不易區分，泥質頁巖與礦體界線較清楚。該頂板同時也是KC1和KC2礦層之間的夾層，厚度8.00～75.88m。經取樣分析礦層頂板化學成分分析結果見表1。

表1 KC1礦層頂板化學成分(%)

KC1礦層底板大部分為上寒武統炒米店組(∈3c)紫紅色竹葉狀灰巖，個別地段為三山子組地層底部不符合工業指標要求的灰質白云巖。鉆孔巖芯觀察，灰質白云巖與礦體界線不清晰，呈漸變過渡關系，不易區分；竹葉狀灰巖與礦體界線明顯，易于區分。經取樣分析，竹葉狀灰巖化學成分(%)：MgO 1.75～10.09、CaO 39.10～46.68、SiO23.62～9.22。灰質白云巖化學成分(%)：MgO 11.11～15.94、CaO 32.72～37.47、SiO22.93～6.88。

(2) KC2礦層。

KC2礦層位于上寒武統—下奧陶統三山子組上部，巖性為結晶白云巖，含少量灰質白云巖和粉砂巖、頁巖透鏡體。工程控制礦體南北分布最大3 200m，東西分布最大4 870m，礦體不同程度的被風化剝蝕，礦體形態不規則，工程控制礦體厚度最大84.8～10.84m (剝蝕殘存厚度)，平均49.72m。厚度變化系數36.44%，屬厚度變化較小的礦層。兩個礦層礦體形態均為近水平產出的層狀礦體，總體呈東南高，北西低，因礦體由東到西、從南至北均呈舒緩波狀，所以傾向北西、北東、南西及南東皆有，傾角一般1～5°。

KC2礦層由于風化剝蝕大部分無頂板，被第四系上更新統(Q3)黃土層覆蓋，厚度1.09～9.52m，平均厚度為4.87m，個別地段為三山子組地層中不符合工業指標要求的白云巖或灰質白云巖，厚度2.85～6.30m，平均4.23m。KC2礦層底板即KC1礦層的頂板。

(3) 夾層。

根據工業指標對夾層進行圈定，本礦區夾層主要為未達到工業指標要求的結晶白云巖、灰質白云巖和白云質灰巖及頁巖、粉砂巖。

2.5 礦石特征

(1) 礦石結構、構造及礦物成分。

兩個礦層礦石均為結晶白云巖，微晶—細晶結構，塊狀(層狀)構造。

根據巖石鏡下觀察結果，礦石主要礦物成分為白云石，含量85%～90%，次為方解石，含量5%～10%，硅質含量＜1%，含少量鐵泥質。白云石多呈菱面體，顆粒較均勻，粒徑0.06～0.25mm，顆粒邊緣具鐵泥質邊；方解石呈塵點狀、粒狀，粒徑＜0.05mm，分布于白云石中和空隙間；硅質成分無色透明，為隱晶質，顆粒＜0.03mm，零星分布。

(2) 礦石化學成分。

礦石主要化學成分為MgO和CaO，次為SiO2。根據各礦層基本分析平均品位和各礦層單工程加權平均品位計算結果，分析兩個礦層的主要化學成分變化(見表2、表3)。

經計算各礦層主要有益有害組分品位變化系數和單工程平均品位變化系數見表4。

表2 各礦層基本分析平均品位計算結果(%)

表3 各礦層單工程加權平均品位計算結果(%)

表4 各礦層品位變化系數統計(%)

根據表4計算結果分析，礦石中有用組分MgO分布均勻，有害組分SiO2分布相對變化較大，這與平均品位變化基本吻合。

礦石組合樣分析結果見表5。

2.6 礦石類型

(1) 礦石自然類型。

礦石自然類型主要為結晶白云巖，呈淺灰—灰褐色，細晶—微晶結構，層紋(理)構造。礦物成分：白云石90%～95%，方解石5%～10%，硅質＜1%，鐵泥質少量；白云石多呈菱面體，顆粒較均勻，粒徑0.06～0.25mm，聚片雙晶，茜素紅染色為無色，顆粒邊緣具鐵泥質邊；方解石呈粒狀、塵點狀，粒徑＜0.05mm，茜素紅染色后呈紅色，分布于白云石空隙間，塵點狀分布于方解石顆粒內。巖石具不同程度的去白云石作用，白云石被塵點狀方解石交代。

表5 礦石組合樣分析結果統計(%)

(2) 礦石工業類型。

本礦區白云巖礦工業類型依據其化學成分主要為冶鎂用白云巖，其中冶鎂用白云巖Ⅰ級品同時滿足熔劑用白云巖一般工業指標要求[2]。經估算，全礦區兩個礦層共獲得冶鎂用白云巖資源量177 202萬t。KC2礦層獲得資源量61 581萬t(Ⅲ級品)；KC1礦層獲得資源量115 621萬t(Ⅰ級品24 758萬t，Ⅲ級品90 863萬t)。屬于大型冶鎂用白云巖礦床。

3 開發利用

3.1 礦產資源形勢分析

由于鎂合金具有較好的加工性能、重量輕、韌性大、屏蔽性良好以及較好的抗震減噪性能，被廣泛應用于航空航天、汽車零部件、3C產品(計算機、通訊、消費電子產品簡稱)等軍用工業、民用工業的各個領域。鎂鋁合金是當今世界發展、應用最快的輕合金，其輕質、高強度和美觀的特性，使其用途廣泛、用量劇增，大到衛星、飛機、汽車，小到計算機、手機、相機，甚至一些小五金。同時由于鎂合金具有極強的可再回收利用特征，以及其生產利用過程中具有“一次污染、終身潔凈”的優點，越來越受到人們的青睞，應用范圍正在迅速拓展，用量也在急劇增加。據預測，通用汽車和福特汽車公司預計在今后20年內每輛汽車的鎂合金用量將從現在的3kg提升到100kg。另外，鎂合金在電氣和家電，尤其是3C以及航空航天領域的應用量也將呈現大幅度增長的勢頭，具有廣闊的市場發展前景。世界產量目前為50～60萬t，正處于迅速增長階段。我國具有豐富的鎂資源，原鎂產能、產量和出口均居世界首位。今后國家將大力發展金屬鎂的生產及應用，大梁山白云巖礦必將是其重要的資源基地，因此開發該區的冶鎂白云巖十分必要，

前景較為廣闊。

從現今國內外鎂金屬礦產保有儲量日趨減少，工業發展消費水平卻不斷提高的形勢來看，礦產品供不應求的形勢不久將日趨嚴峻，礦產品價格近期即會有所提高。參考2010～2011年來我國鎂合金的最新行情價格動向，預測未來鎂合金價格為18 000元/t。

3.2 資源開發利用情況

內蒙古清水河縣境內廣泛分布著上寒武統—下奧陶統三山子組(∈3O1s)地層，其中蘊藏著豐富的白云巖礦產資源，當地有多家以此為原料的冶鎂企業。通過了解當地冶鎂企業的生產情況，經該類礦石為原料產出的粗鎂產品符合GB/T3499-2003《原生鎂錠》質量標準。生產的鎂合金產品達到精煉回收率95%，鎂合金一級品率85%。該冶鎂用白云巖礦石屬較易選冶礦石。

4 結論

綜上所述，該區資源儲量豐富。礦區構造簡單，礦體形態為近水平產出的層狀，礦體最低開采標高處于當地侵蝕基準面以上。礦區開采技術條件簡單，適合大規模開采，易于開發利用。

此外，礦區鄰近呼和浩特市、鄂爾多斯市及山西大同市等地，交通便利，煤、電資源充足，具備良好的投資和建設環境。合理的開發利用可以得到很好的經濟和社會效益，同時將帶動地方經濟發展。

[1]周軍.獨角山白云巖礦地質特征及開發前景[J].中國非金屬礦工業導刊，2010(5)：59-61.

[2]鄭延力.非金屬礦產開發應用指南[M].1989：50-51.

[3]全國有色金屬標準化技術委員會.GB/T3499-2003原生鎂錠[S].北京：中國標準出版社，2003.

P619.234

A

1007-9386(2015)02-0042-04

2014-09-29